Ο καθηγητής Μηχανικής του Πανεπιστημίου του Τορόντο, Willy Wong, ανακάλυψε μια μαθηματική σχέση στην απόκριση της αισθητηριακής προσαρμογής, κάτι που ισχύει για όλους οργανισμούς. Η εξίσωση είναι SS = √PR x SR. Πρόκειται για μια οργανωτική αρχή της φυσιολογίας που είχε παραβλεφθεί στο παρελθόν. Τι σημαίνει αυτή η εξίσωση, εξηγείται παρακάτω.
Οι βιολόγοι γνώριζαν από καιρό ότι οι οργανισμοί προσαρμόζονται απέναντι σε ένα σταθερό ερέθισμα, λέει ο Wong. “Φανταστείτε ότι μπαίνετε σε ένα δωμάτιο που κάποιος μόλις έβαψε. Πιθανότατα θα σκεφτείτε, “Αυτό μυρίζει άσχημα”. Αλλά η αίσθηση της μυρωδιάς μειώνεται καθώς μένετε εκεί μέσα. Τα μόρια δεν εξαφανίζονται, όχι μέσα σε αυτό το χρονικό πλαίσιο. Απλώς τα έχετε συνηθίσει”.
Από μια αρχική κατάσταση, η αισθητηριακή απόκριση του οργανισμού αυξάνεται και κάποια στιγμή κορυφώνεται, αλλά στη συνέχεια πέφτει σε μια τελική σταθερή κατάσταση. Ο Wong ανακάλυψε ότι αυτά τα τρία σταθερά σημεία στην καμπύλη προσαρμογής σχηματίζουν μια μαθηματική σχέση που τηρείται σε όλους τους αισθητηριακούς τρόπους και οργανισμούς. “Συνέκρινα 250 μετρήσεις προσαρμογής από διαφορετικούς κλάδους της αισθητηριακής φυσιολογίας και διαπίστωσα ότι είναι όλες συμβατές με μια απλή εξίσωση”, λέει ο Wong.
Τα ευρήματά του, η πρώτη ποσοτική σύγκριση των αποκρίσεων προσαρμογής, παρουσιάζονται σε μια εργασία του στο Frontiers of Human Neuroscience.
Η ιδέα μιας καμπύλης αισθητηριακής απόκρισης που πέφτει με την πάροδο του χρόνου μπορεί να φαίνεται αντιφατική: Δεν θα έπρεπε μια ισχυρή αίσθηση να επιστρέφει έναν σταθερό ρυθμό απόκρισης; Αλλά ήδη από τη δεκαετία του 1920, φυσιολόγοι όπως ο Edgar Adrian έδειχναν γιατί δεν συνέβαινε αυτό. Ο Adrian, ο οποίος κέρδισε Νόμπελ Φυσιολογίας ή Ιατρικής το 1932, χρησιμοποίησε ένα βατράχους για να εντοπίσει το φαινόμενο προσαρμογής στο επίπεδο των μεμονωμένων νευρώνων. Ανακάλυψε ότι οι νευρώνες χρησιμοποιούν μια βασική μονάδα επικοινωνίας, μια νευρική ώθηση που ονομάζεται δυναμικό δράσης, που εκπέμπει την ίδια ισχύ σήματος εφόσον ξεπεραστεί ένα όριο.
“Τα δυναμικά δράσης δεν έρχονται με ημίμετρα”, λέει ο Wong. “Είτε παίρνετε ένα ή όχι. Εάν το κάνετε, ο νευρώνας χρειάζεται λίγο χρόνο για να επαναφορτιστεί πριν μπορέσει να ενεργοποιήσει έναν άλλο. Κατά την προσαρμογή, ο ρυθμός δημιουργίας δυναμικού δράσης πέφτει σταδιακά σε κάποια σταθερή κατάσταση -πάνω από το μηδέν”.
Η απόκριση προσαρμογής εμφανίζεται σε όλα τα ζώα, τα θηλαστικά και τα έντομα, και σε όλους τους αισθητηριακούς τρόπους. Αυτό περιλαμβάνει τις πέντε παραδοσιακές αισθήσεις της όρασης, της ακοής, της αφής, της γεύσης και της όσφρησης, μαζί με τις σωματοαισθητηριακές λειτουργίες όπως η ιδιοδεκτικότητα -η επίγνωση του σώματος για τον εαυτό του- και η ηλεκτρολήψη που βρίσκεται στα χέλια.
Μια από τις μεγαλύτερες εκπλήξεις ήταν ότι η εξίσωσή του του Wong ισχύει για μερικούς από τους παλαιότερους πολυκύτταρους οργανισμούς, όπως οι μέδουσες, που έχουν πολύ διαφορετικά αισθητηριακά συστήματα π.χ. “Αν τους ρίξετε ένα φως, είτε πετούν προς το φως είτε μακριά από αυτό, επειδή οι φωτοϋποδοχείς τους είναι συνδεδεμένοι με την παραγωγή κίνησής τους”, λέει ο Wong. “Που εγείρει το ερώτημα, είναι αυτή η εξίσωση καθολική; Στο μέλλον, αν βρούμε εξωγήινους, θα μπορούσαν επίσης να περιορίζονται από τους ίδιους περιορισμούς ή αρχές;”
To παραπάνω γράφημα δείχνει μια εξιδανικευμένη αντίδραση της αισθητηριακής προσαρμογής. Κατά την έναρξη ενός νέου ερεθίσματος, η αρχική κατάσταση του οργανισμού, που ονομάζεται αυθόρμητος ρυθμός (SR: spontaneous rate), αυξάνεται σε μια απόκριση κορύφωση (PR: peak response) και στη συνέχεια πέφτει σε μια τελική σταθερή κατάσταση (SS: steady state).
Στις φυσικές επιστήμες, η καθολικότητα καθορίζεται από την αναπαραγωγή των αποτελεσμάτων, ανεξάρτητα από το πότε, πού ή με ποια μέθοδο χρησιμοποιείται. Αλλά αυτό δεν είναι πάντα δυνατό σε βιολογικά πειράματα, τα οποία μπορούν να δημιουργήσουν σημαντικά εμπόδια στην επανάληψη των μετρήσεων. Ωστόσο, όταν δεδομένα από άσχετες ανεξάρτητες μελέτες -σε διαφορετικές χρονικές περιόδους, ερευνητές και μεθόδους- συγκλίνουν ως αποδεικτικά στοιχεία, ενισχύει την υπόθεση για το συμπέρασμα. Αυτή η αρχή, που ονομάζεται σύναλμα (consilience) [αποδίδεται επίσης με τις λέξεις συνοχή ή ενότητα], βασίζεται στην προϋπόθεση ότι η επιστήμη είναι ενοποιημένη, προωθώντας τη συναίνεση σε θεωρίες όπως η εξελικτική θεωρία και η θεωρία της μεγάλης έκρηξης, μεταξύ άλλων.
“Όλα αυτά τα δεδομένα ήταν εκεί”, λέει ο Wong, “πήρα μια καμπύλη εδώ, μια καμπύλη εκεί, τα συνέκρινα -ακόμη και τα κανονικά γραφήματα του Adrian. Όλα συμμορφώνονταν με την ίδια σχέση του γεωμετρικού μέσου. Δεν εξαρτάται από τον ερευνητή, από τον εξοπλισμό ή τον οργανισμό που χρησιμοποιείται. Από αυτή την άποψη, είναι μια καθολική σχέση”.
Η ανακάλυψη μιας νέας φυσιολογικής εξίσωσης δεν συμβαίνει κάθε μέρα και το απίθανο είναι ότι προέρχεται από έναν μηχανικό. Αν και ο Wong ανέπτυξε αυτές τις ιδέες για χρόνια, η πανδημία της νόσου Covid-19 του έδωσε λίγο χρόνο για να επικεντρωθεί εκ νέου.
